演进中的电力电子设计：安森美先进仿真工具

电力电子设想是当代工程中的关头要素，它对浩繁使用的服从、可靠性和功能发生深远影响。在思量创造工艺差别和最坏景象的同时，开收回吻合严峻请求的电路，需求正确且周详的对象支撑。

电力电子设想畛域正在倏地演进，引领着高速、高效元器件的新时代。在此演化过程当中，安森美(onsemi)推出了突破性的，从新界说了工程师对电力体系举行概念化、设想及考证的体式格局。安森美新推出的Elite Power仿真对象以及PLECS模子自助天生对象(SSPMG)使电力电子工程师可以或许收缩产物上市时候。这些对象应用于EliteSiC系列产物时，能正确揭示电路的实践运转行动，尤其是当EliteSiC手艺在界限条件下运行时的情形。

图1：Elite Power仿真对象和PLECS模子自助天生对象

这项立异的前沿性在于，该款直观且周全的仿真平台，赋与工程师以前所未有的便捷性来举行可视化、仿真设想并优化庞杂的电力电子拓扑布局。此对象为工程师供应一个怪异的数字化环境以测试和美满设想，从而推动了尖端手艺程度的进展。PLECS模子及其准确性关于Elite Power 仿真对象有效性的关头一环。该仿真对象支撑工程师上传由SSPMG天生的自定义PLECS模子。

这款仿真对象的焦点在于其可以或许正确仿真多种电力电子拓扑布局，此中包孕AC-DC、DC-DC和DC-AC变换器等。安森美供应的跨越40种拓扑布局选项使其在行业中处于当先位置，为工程师们供应了厚实的资源库来索求和优化他们的设想。在工业使用畛域，安森美的Elite Power 仿真对象支撑如直流快充、不间断电源(UPS)、储能体系(ESS)和太阳能逆变器等关头体系，展现出伟大的代价。同样地，这款对象也适用于汽车行业的车载充电机(OBC)和主驱逆变器体系。

图2：在Elite仿真对象中抉择使用和拓扑布局

挑衅

行业中已往首要采用以制造商数据手册为参考的基于丈量的消耗表建立PLECS模子。然而，这类要领面对几个首要挑衅：

• 依附丈量配置：开关消耗数据遭到特定使用结构和电路寄生参数的影响，致使数据存在变迁和不准确性。

 •数据密度无限：导通和开关消耗数据平日不敷麋集，障碍了在PLECS中举行正确插值计较，每每需求外推计较，这可能会影响准确性。

 • 典范半导体前提：消耗数据平日代表的是标称半导体工艺前提，大概疏忽了实践使用中的种种变迁和实在场景。

• 只适用于硬开关情形：源自数据手册天生的双脉冲消耗数据所创建的模子仅适用于硬开关拓扑布局。当将其应用于软开关拓扑布局或同步整流仿真时，这些模子的准确性会大大下降。

安森美经由过程引入PLECS模子自助天生对象(SSPMG)，解决了接纳传统的基于丈量消耗表天生PLECS模子要领所面对的难题。这款对象在优化模子时思量了特定无源元件对能量消耗的影响，供应了更麋集、更细致的数据以完成正确仿真。SSPMG包含了半导体工艺进程的变迁来构建实践模子，并创建出适用于软开关拓扑布局的可顺应模子，从而确保在硬开关场景以外仍拥有可靠性。这一程度的定制化确保了所举行的仿真能实在反应用户的实践事情前提，消除了基于通用数据手册模子相干的不准确性。用SSPMG设想的PLECS模子能够无缝上传到Elite Power 仿真对象，也能够下载到自力的PLECS中应用。

图3：SSPMG的特色之一——麋集消耗表

图4：SSPMG的特色之一——软开关仿真

仿真对象

该对象的焦点上风在于其背景运转的体系级仿真对象PLECS。PLECS是一款体系级仿真对象，它接纳专为速率和准确性而设想的元件模子，使全部体系的建模和仿真变得更加轻便。这款对象连系了易于应用的基于网页的环境，在设想过程当中赋与工程师出类拔萃的上风。

这款对象的意思不但表现在其仿真才能上。它不仅仅是一个仿真对象，更是赞助工程师为他们的使用抉择现实元件的强力疏导。该对象支撑安森美厚实的产品线，工程师接纳该对象能够无缝扫瞄种种产物系列，掂量性能与本钱，并做出理智的决议。

PLECS不是一个基于SPICE的电路仿真对象，其关注点不在于电路元件的低层行动。功率晶体管被视为简略的开关，能够被很容易地设置用来展示导通和开关转换之间相干的消耗。PLECS模子，被称为“热模子”，包孕导通消耗和开关消耗的查找表，以及接纳Cauer或Foster等效网络方式的热链布局。

Elite Power 仿真对象的首要特点

如前所述，应用SSPMG天生并上传自界说PLECS模子的性能使用户可以或许正确仿真其使用环境。这类才能外行业内是超前的。

这款仿真对象具有直观的消耗和热数据画图性能，使工程师可以或许可视化所选开关的消耗体现。这款多功能3D可视化对象连系了器件导通消耗、开关消耗和热阻抗等数据。

这款仿真对象具有设想自定制散热器模子的性能，使用户可以或许正确展望结点温度，并针对其特定需要优化冷却解决计划。

这款对象中的仿真阶段可以或许异常细致地供应瞬态和稳态条件下的诸如消耗、服从和节点温度等种种参数的详情。另外，该对象还具有一个快速机制，可用以比拟分歧器件、电路参数、冷却设想和消耗模子的运转情形。

图5：Elite Power仿真对象的特色之一——消耗画图

这款对象的一大上风在于它可以或许供应数据以供进一步阐发。用户能够下载包孕瞬态波形局限数据在内的以CSV花样展示的综合数据集，便于用户在本人的环境中举行深刻阐发。该仿真对象还包括可下载的PLECS模子。这些功能使工程师能举行深刻评价并对设想举行微调以完成最好功能。

这款仿真对象和SSPMG可合用多种半导体手艺尽管最后侧重于碳化硅产物，但这两款对象慢慢拓展其余功率器件畛域这类普遍使用可以或许确保工程师能够针对种种器件应用这些对象依据各自详细需要定制仿真计划。

精确度

作者简介

James Victory今朝负责安森美高等研究员专一于电力手艺畛域的建模与仿真研发事情。2008年6月，他创立了Sentinel IC Technologies公司，专攻射频模仿及电力手艺设想完成。在此以前负责Jazz半导体公司设想施行总监。他的职业生活生计始于1992年在摩托罗拉公司事情，在那里专一于射频模仿和电力手艺的半导体器件建模。他在于1990年、1992年和1994年前后取得亚利桑那州立大学电气工程学士学位、硕士学位和博士学位。至今曾经揭晓跨越50篇学术著述此中包孕受邀论文与讲座教程领有6项对于半导体器件建模与仿真的专利。